Question

13．（1）甲醇是一種重要的化工原料，在生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用．工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應(yīng)有：
（i）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+H₂（g）△H₁=+247.3kJ．mol^-1
（ii）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ．mol^-1
（iii）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-566.01kJ．mol^-1
用CH₄和0₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1．
（2）二氧化硫?yàn)橹匾�的含硫化合物，是形成酸雨的主要污染物之一SO₂經(jīng)催化氧化可生成SO₃，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=a kJ•mol^-1在T₁℃時(shí)，將2mol SO₂、1mol O₂充入容積為2L的密閉容器A中，充分反應(yīng)并達(dá)到平衡，此過(guò)程中放出熱量98.3kJ，測(cè)得SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則a=-196.6；T₁℃時(shí)，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=4L•mol^-1．若將初始溫度為T₁℃的2mol SO₂和1molO₂充入容積為2L的絕熱密閉容器B中，充分反應(yīng)，在T₂℃時(shí)達(dá)到平衡，在此溫度時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₂．則K₁＞ K₂ （填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）工業(yè)上常用如圖1所示的流程處理工業(yè)尾氣中的SO₂：
上述流程中有一種物質(zhì)可以再生循環(huán)利用，該物質(zhì)再生的化學(xué)方程式為Na₂SO₃+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+2NaOH．
（4）直接甲醇燃料電池（簡(jiǎn)稱DMFC）由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來(lái)越受到關(guān)注．DMFC的工作原理如圖2示：

①通入a氣體的電極是電池的負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”） 其電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
②常溫下，用此電池以惰性電極電解O．5L飽和食鹽水（足量），若兩極共生成氣體1.12L（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），則電解后溶液的pH為13（忽略溶液的體積變化）

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）可得甲烷與氧氣制取甲醇的方程式，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)熱即可；
（2）測(cè)得SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，可知反應(yīng)的SO₂物質(zhì)的量為1mol，此過(guò)程中放出熱量98.3kJ，可知2molSO₂參加反應(yīng)放出的熱量，以此計(jì)算a值；
計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
若將初始溫度為T₁℃的2mol SO₂和1molO₂充入容積為2L的絕熱密閉容器B中，因正反應(yīng)放熱，則體系溫度升高，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
（3）可循環(huán)利用的為NaOH，可用亞硫酸鈉與氫氧化鈣反應(yīng)生成；
（4）①根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②根據(jù)電解池的工作原理和電極方程式來(lái)計(jì)算．

解答 解：（1）根據(jù)（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ•mol^-1
（Ⅱ）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ•mol^-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H，故△H=2△H₁+2△H₂+△H₃=（+247.3kJ•mol^-1）×2+（-90.1kJ•mol^-1）×2+（-566.0kJ•mol^-1）=-251.6kJ•mol^-1，所以用CH₄和O₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1；
（2）測(cè)得SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，可知反應(yīng)的SO₂物質(zhì)的量為1mol，此過(guò)程中放出熱量98.3kJ，可知2molSO₂參加反應(yīng)放出的熱量為196.6，則a=-196.6，平衡時(shí)：c（SO₂）=0.5mol/L，c（O₂）=0.5mol/L，c（SO₃）=0.25mol/L，K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}=\frac{0．{5}^{2}}{0．{5}^{2}×0.25}$=4，若將初始溫度為T₁℃的2mol SO₂和1molO₂充入容積為2L的絕熱密閉容器B中，因正反應(yīng)放熱，則體系溫度升高，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)減小，故答案為：-196.6；4；＞；
（3）可循環(huán)利用的為NaOH，可用亞硫酸鈉與氫氧化鈣反應(yīng)生成，反應(yīng)的方程式為Na₂SO₃+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+2NaOH，故答案為：Na₂SO₃+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+2NaOH；
（4）①根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：負(fù)極；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②用此電池以惰性電極電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，當(dāng)兩極共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體1.12L（0.05mol）時(shí)，則生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.05mol，所以C_OH-=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，所以pH=13，故答案為：13．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)的性質(zhì)，分離以及化學(xué)平衡的計(jì)算等問(wèn)題，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意把握平衡常�?shù)的計(jì)算以及平衡移動(dòng)的影響，難度中等．